Razina znanja o strukturi atoma i molekula u XIXstoljeća nije dopuštao objasniti razlog zašto atomi tvore određeni broj veza s drugim česticama. No ideje znanstvenika su ispred svog vremena, a valencija se još uvijek proučava kao jedan od osnovnih principa kemije.
Izvrsni engleski kemičar iz 19. stoljeća EdwardFrankland je u znanstvenu uporabu uveo pojam „veza“ kako bi opisao proces međusobne interakcije atoma. Znanstvenica je primijetila da neki kemijski elementi tvore spojeve s istim brojem drugih atoma. Na primjer, dušik veže tri atoma vodika u molekuli amonijaka.
U svibnju 1852. Frankland je pretpostavioda postoji određeni broj kemijskih veza koje atom može tvoriti s ostalim minutnim česticama materije. Frankland je koristio frazu "povezivanje moći" da bi opisao ono što će se kasnije nazvati valencijom. Britanski kemičar utvrdio je koliko kemijskih veza tvore atomi pojedinih elemenata, poznatih sredinom XIX. Franklandov je rad dao važan doprinos modernoj strukturalnoj kemiji.
Njemački kemičar F.A.Kekule je dokazao 1857. godine da je ugljik tetrabazni. U svom najjednostavnijem spoju, metanu, veze nastaju s 4 vodikova atoma. Znanstvenik je upotrijebio izraz "osnovnost" da označi svojstvo elemenata da pričvrsti strogo definirani broj ostalih čestica. U Rusiji je podatke o strukturi materije sistematizirao A. M. Butlerov (1861). Teorija kemijskog vezivanja dodatno je razvijena kroz proučavanje periodične promjene svojstava elemenata. Njegov autor je drugi istaknuti ruski kemičar, D. I. Mendeleev. Dokazao je da valencija kemijskih elemenata u spojevima i druga svojstva nastaju zbog položaja koji oni zauzimaju u periodnom sustavu.
Sposobnost vizualizacije molekula jedno jenesumnjivih zasluga teorije valencije. Prvi modeli pojavili su se 1860-ih, a od 1864. korištene su strukturne formule, a to su krugovi s kemijskim znakom iznutra. Kemijska veza označena je crticom između simbola atoma, a broj ovih redaka jednak je vrijednosti valencije. Iste su godine napravljeni prvi modeli šipki s kuglom (vidi fotografiju slijeva). Kekule je 1866. predložio stereokemijski crtež ugljikovog atoma u obliku tetraedra koji je uključio u svoj udžbenik Organska kemija.
Валентность химических элементов и возникновение G. Lewis proučavao je veze, svoja je djela objavio 1923. godine nakon otkrića elektrona. Takozvane negativno nabijene sitne čestice koje su dio ljuske atoma. Lewis je u svojoj knjizi primijenio točke oko četiri strane simbola kemijskih elemenata kako bi prikazao valencijske elektrone.
Prije stvaranja periodičnog sustava, valencijaBio je običaj uspoređivati kemijske elemente u spojevima s onim atomima po kojima su poznati. Vodik i kisik odabrani su kao standardi. Drugi kemijski element privukao je ili zamijenio određeni broj H i O atoma.
Na taj su način utvrđena svojstva u spojevima s monovalentnim vodikom (valencija drugog elementa označena je rimskim brojem):
U oksidima K2O, CO, N2oh3, SiO2, TAKO3 valencija kisika metala i nemetala određena je udvostručavanjem broja dodanih atoma O. Dobivene su sljedeće vrijednosti: K (I), C (II), N (III), Si (IV), S ( VI).
Postoje pravilnosti u stvaranju kemijske veze uz sudjelovanje zajedničkih elektronskih parova:
Određivanje valencije kemijskih elemenata prema formuli spoja provodi se pomoću sljedećeg algoritma:
Vrijednosti valencije za vodik i kisik su različite. Na primjer, sumpor u spoju H2S je dvovalentan i u formuli SO3 - šestovalentan. Ugljik tvori CO monoksid i CO dioksid s kisikom2... U prvom spoju valencija C je II, a u drugom IV. Ista vrijednost u metanu CH4.
Većina elemenata ne pokazuje konstantu, većpromjenjive valencije, na primjer, fosfor, dušik, sumpor. Potraga za glavnim razlozima ovog fenomena dovela je do pojave teorija kemijske veze, koncepata valentne ljuske elektrona, molekularnih orbitala. Postojanje različitih vrijednosti istog svojstva objašnjeno je sa stajališta strukture atoma i molekula.
Svi atomi se sastoje od pozitivne jezgre,okružen negativno nabijenim elektronima. Vanjska ljuska, koju oni čine, je nedovršena. Završena struktura je najstabilnija, sadrži 8 elektrona (oktet). Pojava kemijske veze zbog zajedničkih elektronskih parova dovodi do energetski povoljnog stanja atoma.
Pravilo za oblikovanje veza jedovršenje ljuske prihvaćanjem elektrona ili vraćanjem nesparenih elektrona, ovisno o tome koji je postupak lakši. Ako atom daje negativne čestice koje nemaju par za stvaranje kemijske veze, tada tvori onoliko veza koliko ima nesparenih elektrona. Prema suvremenim konceptima, valencija atoma kemijskih elemenata je sposobnost stvaranja određenog broja kovalentnih veza. Na primjer, u molekuli sumporovodika H2S sumpor dobiva valenciju II (-), budući dasvaki atom sudjeluje u stvaranju dva elektronska para. Znak "-" označava privlačenje elektronskog para prema elektronegativnijem elementu. Za manje elektronegativnu vrijednost dodajte "+" vrijednosti valencije.
S mehanizmom donor-akceptor, u proces su uključeni elektronski parovi jednog elementa i slobodne valentne orbitale drugog.
Razmotrimo na primjeru ugljika i kisika kako valencija kemijskih elemenata ovisi o strukturi tvari. Periodni sustav daje ideju o glavnim karakteristikama atoma ugljika:
Ako atom ugljika u CO monoksidu tvori dvaveze, tada u njegovu upotrebu ulazi samo 6 negativnih čestica. Da bi stekli oktet, parovi moraju oblikovati 4 vanjske negativne čestice. Ugljik ima valenciju IV (+) u dioksidu i IV (-) u metanu.
Redni broj kisika - 8, valencijaljuska se sastoji od šest elektrona, od kojih 2 ne tvore parove i sudjeluju u kemijskoj vezi i interakciji s drugim atomima. Tipična valencija kisika je II (-).
U mnogim je slučajevima prikladnije za upotrebukoncept "oksidacijskog stanja". To je naziv naboja atoma, koji bi stekao kad bi se svi vezni elektroni prenijeli na element koji ima veću vrijednost elektronegativnosti (EO). Oksidacijski broj u jednostavnoj tvari je nula. Znak "-" dodaje se oksidacijskom stanju više od EO elementa, a znak "+" dodaje se u manje elektronegativno stanje. Na primjer, za metale glavnih podskupina tipična su oksidacijska stanja i ionski naboji jednaki broju grupe sa znakom "+". U većini slučajeva, valencija i oksidacijsko stanje atoma u istom spoju su brojčano jednaki. Samo u interakciji s više elektronegativnih atoma stanje oksidacije je pozitivno, s elementima s nižom EO - negativno. Koncept "valencije" često se primjenjuje samo na tvari molekularne strukture.
